數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)ch11-抗干擾課件

1第14章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

214.2供電系統(tǒng)的抗干擾

14.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

14.4接地問(wèn)題

14.5

數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

第14章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

14.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾

3第14章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

14.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾

414.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾內(nèi)部干擾外部干擾—系統(tǒng)內(nèi)電路的干擾，如信號(hào)間的串?dāng)_、長(zhǎng)線(xiàn)傳輸阻抗失配時(shí)反射噪聲、負(fù)載突變?cè)肼暭梆侂娤到y(tǒng)的浪涌噪聲—外界竄入系統(tǒng)的干擾，如閃電、雷擊，電器設(shè)備發(fā)出的電磁干擾等）從干擾源分干擾指有用信號(hào)以外的噪聲，在信號(hào)輸入、傳輸和輸出過(guò)程中出現(xiàn)的一些有害的電氣變化現(xiàn)象。

514.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾固定干擾隨機(jī)干擾

—固定電設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的干擾，如電機(jī)啟動(dòng)半固定干擾

—

偶然使用的電氣設(shè)備產(chǎn)生的干擾，如電鉆—難以預(yù)測(cè)，閃電、繼電保護(hù)動(dòng)作產(chǎn)生的干擾從干擾規(guī)律分

614.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾靜電干擾磁場(chǎng)干擾電磁干擾電導(dǎo)通路耦合干擾漏電耦合干擾—電場(chǎng)通過(guò)電容耦合的干擾—

交變電磁場(chǎng)感應(yīng)干擾—大功率高中頻電磁輻射干擾—

各回路之間的公共阻抗干擾

—

電路絕緣不良出現(xiàn)漏電流產(chǎn)生的干擾從傳播方式分

7差模干擾共模干擾14.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾—干擾信號(hào)與被測(cè)信號(hào)串聯(lián)產(chǎn)生的干擾—信號(hào)地與儀器地（大地）之間產(chǎn)生的干擾從干擾信號(hào)關(guān)系分USN=US+UN

814.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾串模干擾共模干擾干擾對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響干擾入侵系統(tǒng)的途徑微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1014.2供電系統(tǒng)的抗干擾

11

由于我國(guó)電網(wǎng)的頻率與電壓波動(dòng)較大，都會(huì)直接對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。背景情況

為了消除和抑制電網(wǎng)傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的干擾，可以采取如下一些措施。14.2供電系統(tǒng)的抗干擾

12采用隔離變壓器采用隔離變壓器的原因:圖14-7環(huán)路電流的干擾電網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別有各自的地線(xiàn)。14.2供電系統(tǒng)的抗干擾

13消除共模干擾的方法：14.2供電系統(tǒng)的抗干擾

14采用電源低通濾波器電網(wǎng)的干擾大部分是高次諧波。背景情況：采用低通濾波器來(lái)濾除大于50Hz的高次諧波，以改善電源的波形。

解決方法：14.2供電系統(tǒng)的抗干擾

1514.2供電系統(tǒng)的抗干擾

電源低通濾波器L1=100HC1=0.1～0.5FC2=0.05～0.1F

由電容和電感組成的濾波網(wǎng)絡(luò)，能濾除電網(wǎng)噪聲。

當(dāng)噪聲電平較高時(shí)，由于電感發(fā)生磁飽合現(xiàn)象，使電感元件幾乎完全失去作用，從而導(dǎo)致抗干擾失效。

1614.2供電系統(tǒng)的抗干擾

采用交流穩(wěn)壓器用來(lái)保證交流供電的穩(wěn)定性，防止交流電源的過(guò)壓或欠壓。作用：注意：在具體使用時(shí)，應(yīng)保證有一定的功率儲(chǔ)備。

1714.2供電系統(tǒng)的抗干擾

系統(tǒng)分別供電目的：阻止從供電系統(tǒng)竄入的干擾。圖14-10

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一般供電線(xiàn)路

1814.2供電系統(tǒng)的抗干擾

當(dāng)系統(tǒng)中使用繼電器、磁帶機(jī)等電感設(shè)備時(shí)，向采集系統(tǒng)電路供電的線(xiàn)路應(yīng)與向繼電器等供電的線(xiàn)路分開(kāi)，以避免在供電線(xiàn)路之間出現(xiàn)相互干擾。圖14-11

系統(tǒng)分別供電的線(xiàn)路

1914.2供電系統(tǒng)的抗干擾

采用電源模塊單獨(dú)供電

在數(shù)據(jù)采集板卡上，采用DC－DC電源電路模塊，或三端穩(wěn)壓集成塊如7805，7905，7812，7912等組成的穩(wěn)壓電源單獨(dú)供電，以確保系統(tǒng)可靠地工作。

2014.2供電系統(tǒng)的抗干擾

供電系統(tǒng)饋線(xiàn)要合理布線(xiàn)電源前面的一段布線(xiàn)盡量用粗導(dǎo)線(xiàn)從電源引入口，經(jīng)開(kāi)關(guān)器件至低通濾波器之間的饋線(xiàn)

2114.2供電系統(tǒng)的抗干擾

電源后面的一段布線(xiàn)采用扭絞線(xiàn)，扭絞的螺距要小。交流線(xiàn)、直流穩(wěn)壓電源線(xiàn)、邏輯信號(hào)線(xiàn)和模擬信號(hào)線(xiàn)、繼電器等感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)線(xiàn)、非穩(wěn)壓的直流線(xiàn)均應(yīng)分開(kāi)布線(xiàn)。

2214.2供電系統(tǒng)的抗干擾

電路的公共線(xiàn)若公共線(xiàn)不能避免，則必須把公共線(xiàn)加粗，以降低阻抗。電路中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)公共線(xiàn)，因?yàn)樵诠簿€(xiàn)上，某一負(fù)載的變化引起的壓降，都會(huì)影響其它負(fù)載。

2314.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

2414.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

主要是因公共地線(xiàn)所引起。干擾來(lái)源：1.

隔離干擾什么是〞隔離干擾〞

？隔離干擾--從電路上把干擾源與敏感電路部分隔離，使它們之間不存在電的聯(lián)系，或者削弱它們之間電的聯(lián)系。

25光電隔離電磁隔離—

用光電耦合器件隔離—

用電磁耦合技術(shù)隔離隔離技術(shù)從原理分14.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

2614.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

光電隔離光電耦合器能夠隔離電路的原因如下：

光電耦合器的輸入端與輸出端之間是通過(guò)光傳遞信息的，而且又是在密封條件下進(jìn)行，故不會(huì)受到外界光的影響。圖14-12

二極管—三極管型的光電耦合器

2714.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

光電耦合器的輸入阻抗很低，一般在100Ω

～1000Ω之間，而干擾源的內(nèi)阻一般很大，通常為105Ω～106Ω。

根據(jù)分壓原理可知，能饋送到光電耦合器輸入端的噪聲自然很小。

2814.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

由于干擾噪聲源的內(nèi)阻一般很大，盡管它能提供較大幅度的干擾電壓，但能提供的能量很小。

不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而被抑制掉。

2914.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

光電耦合器的輸入端與輸出端之間的寄生電容極小，一般僅為0.5pF～2pF，而絕緣電阻又非常大，通常為1011Ω～1013Ω。輸出端的各種干擾噪聲很難反饋到輸入端去

。

3014.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

系統(tǒng)電路與外界的隔離

系統(tǒng)電路之間的隔離應(yīng)用

3114.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

系統(tǒng)與信號(hào)的隔離系統(tǒng)電路光電耦合隔離

3214.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

電磁隔離在傳感器與采集電路之間加入一個(gè)隔離放大器，利用隔離放大器的電磁耦合，將外界的模擬信號(hào)與系統(tǒng)進(jìn)行隔離傳送。隔離方法：

3314.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的隔離

3414.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

2.

采用濾波器濾除干擾什么是〞濾波〞

？

濾波--只允許某一頻帶信號(hào)通過(guò)。

3514.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

注意：特別適用于抑制經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)傳導(dǎo)耦合到電路中的噪聲干擾。信號(hào)線(xiàn)間濾波在信號(hào)線(xiàn)間采用RC濾波，會(huì)對(duì)信號(hào)造成一定損失。

3614.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

3.

采用浮置措施抑制干擾什么是〞浮置〞

？

浮置--數(shù)據(jù)采集電路的模擬信號(hào)地不接機(jī)殼或大地。

3714.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

對(duì)于被浮置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集電路與機(jī)殼或大地之間無(wú)直流聯(lián)系。

注意：浮置的目的是為了阻斷干擾電流的通路。

3814.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

4.

長(zhǎng)線(xiàn)傳輸?shù)目垢蓴_措施（略）

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，經(jīng)常要長(zhǎng)距離傳送信號(hào)。在長(zhǎng)距離傳送信號(hào)時(shí)，除了因空間感應(yīng)引入的干擾外，還會(huì)因傳輸線(xiàn)兩端阻抗不匹配而出現(xiàn)信號(hào)在傳輸線(xiàn)上反射的現(xiàn)象，形成非耦合性的干擾，使信號(hào)波形發(fā)生畸變。背景情況：

3914.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

長(zhǎng)線(xiàn)干擾的特點(diǎn)長(zhǎng)線(xiàn)的定義長(zhǎng)線(xiàn)Lmax

可以用下式判斷

(

14-1)式中tτ—

邏輯電路器件或組件的上升時(shí)間；

V

—

速度

,

V=2.5×108m/sn

—

經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

,

n=4

4014.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

例如，某高速組件的tτ=10ns，則

即在該系統(tǒng)中，超過(guò)0.62m的傳輸線(xiàn)就可算作長(zhǎng)線(xiàn)。(m)

4114.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

常用邏輯電路的上升時(shí)間

邏輯種類(lèi)tτ(ns)

產(chǎn)生噪聲ECL

TTL

RTLDTLCMOSHTL31025303585低中高中中中高低

4214.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

長(zhǎng)線(xiàn)傳輸信號(hào)遇到的問(wèn)題①對(duì)信號(hào)傳輸速度有延遲②使信號(hào)產(chǎn)生畸變③易受外界干擾

4314.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

長(zhǎng)線(xiàn)的波阻抗Z0

式中L—單位長(zhǎng)度上的電感

C—單位長(zhǎng)度上的電容

4414.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

脈沖信號(hào)波在長(zhǎng)線(xiàn)上引起的反射地面上的單線(xiàn)傳輸

傳輸線(xiàn)長(zhǎng)度為L(zhǎng)，電源Us的內(nèi)阻為Rs，負(fù)載電阻為RL，則有反射系數(shù)ε

4514.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

式中ε1—

始端發(fā)射系數(shù)，ε1

=

-(Z0-Rs)/(Z0+Rs)ε2—

終端發(fā)射系數(shù)，ε2

=

-(Z0-RL)/(Z0+RL)

傳輸線(xiàn)終端在不同負(fù)載電阻下的反射系數(shù)，如表14.2所示。

4614.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

不同負(fù)載電阻下的反射系數(shù)

負(fù)載電阻RL

0(短路)0<RL<Z0Z0Z0<RL<∞∞(開(kāi)路)

電壓反射系數(shù)KU-1(全反射)-1<KU<000<KU<+1+1(全反射)

電流反射系數(shù)KI+1(全反射)+1>KI>000>KI>-1-1(全反射)這就發(fā)生了信號(hào)在傳輸線(xiàn)上多次反射的情況。實(shí)際情況①當(dāng)傳輸線(xiàn)終端不匹配時(shí)，信號(hào)便被反射。②反射波到達(dá)始端時(shí)，若始端也不匹配，同樣又產(chǎn)生反射。

4714.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

始端、終端不匹配，終端R

L>Z0，R

S

、

RL≠Z0

圖14-19

傳輸線(xiàn)原理及電壓反射(a)傳輸線(xiàn)原理圖；(b)傳輸線(xiàn)電壓反射示意圖

4814.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

當(dāng)信號(hào)源單獨(dú)和波阻抗Z0=90Ω的傳輸線(xiàn)串聯(lián)時(shí)，電壓值必定是

當(dāng)這個(gè)電壓向終端傳輸時(shí)，將要發(fā)生反射，下面求終端反射系數(shù)KU0

4914.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

始端反射系數(shù)KUI為因此終端第一次反射電壓為

5014.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

當(dāng)它傳到始端時(shí)，又被反射向終端，第二次反射電壓為

當(dāng)它傳到終端時(shí)，又被反射向始端，第三次反射電壓為

5114.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

當(dāng)它傳到始端時(shí)，又被反射向終端，第四次反射電壓為

如此繼續(xù)，最后達(dá)到穩(wěn)定值，其反射情況可用圖14.19(b)表示。

5214.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

始端和終端的電壓波形，如圖14.20所示。圖14-20

始端和終端阻抗都不匹配

(RL>Z0)的波形

5314.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

終端電阻小于波阻抗的情況，始端和終端電壓波形如圖14.21所示。圖14-21始端和終端阻抗都不 匹配(R

L<Z0)的波形

5414.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

始端匹配的電壓波形如圖14.22所示。信號(hào)只經(jīng)過(guò)一個(gè)來(lái)回，電壓便達(dá)到穩(wěn)定值。圖14-22始端匹配時(shí)的電壓波形

5514.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

結(jié)論①當(dāng)傳輸線(xiàn)終端匹配時(shí)（即RL=Z0），傳輸?shù)男盘?hào)電壓波沒(méi)有反射，電流波平穩(wěn)地進(jìn)入負(fù)載。②當(dāng)傳輸線(xiàn)始端匹配時(shí)（即RS=Z0），反射波到達(dá)始端時(shí)，則被匹配的阻抗所吸收，不再有反射。③當(dāng)終端電阻小于波阻抗時(shí)，傳輸線(xiàn)上的電壓不再有過(guò)沖，逐漸地恢復(fù)到穩(wěn)定值。④當(dāng)終端電阻大于波阻抗時(shí)，傳輸線(xiàn)上的電壓將產(chǎn)生過(guò)沖，并在穩(wěn)定值的附近產(chǎn)生振蕩，最后趨向于穩(wěn)定值。

5614.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

幾種常用傳輸線(xiàn)的波阻抗

種類(lèi)

波阻抗Z0(Ω)

說(shuō)明

貼地單線(xiàn)50～80

離散性較大

遠(yuǎn)離地單線(xiàn)200～250

離散性較大

雙絞線(xiàn)100～200

絞合愈密，波阻抗愈低SWY同軸電纜50～100波阻抗較精確，由規(guī)格決定

5714.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

長(zhǎng)線(xiàn)傳輸信號(hào)的抗干擾措施長(zhǎng)線(xiàn)傳輸中抗干擾措施

①阻抗匹配。②長(zhǎng)線(xiàn)匹配。

5814.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

阻抗匹配始端匹配①始端串聯(lián)電阻匹配②始端上拉電阻或阻容匹配

5914.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

終端匹配①并聯(lián)阻抗②阻容匹配③

接鉗位二極管圖14-25

終端并聯(lián)阻抗匹配

6014.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

圖14-26

終端阻容匹配圖14-27

終端接鉗位二極管匹配

6114.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

結(jié)果

①

將門(mén)B輸入端電平鉗至0.3V，減少

反沖②吸收反射波③減少線(xiàn)間串?dāng)_，提高動(dòng)態(tài)抗干擾能力

6214.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

圖14-28

長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)示意圖長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)①驅(qū)動(dòng)電路：將TTL信號(hào)變?yōu)椴罘中盘?hào)再經(jīng)長(zhǎng)線(xiàn)傳至接收端②接收電路：具有差分輸入端，將接收的信號(hào)換成TTL信號(hào)輸出

6314.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

用光電耦合器隔離、浮置傳輸線(xiàn)什么是〞浮置〞

？

浮置--去掉傳輸線(xiàn)兩端之間的公共地線(xiàn)。

6414.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

傳輸長(zhǎng)線(xiàn)完全隔離和浮置處理結(jié)果：

傳輸線(xiàn)兩端不共地，阻斷了地環(huán)路，消除了地電位差帶來(lái)的共模干擾。

6514.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

傳輸線(xiàn)的使用屏蔽線(xiàn)的使用什么是〞屏蔽線(xiàn)〞

？

屏蔽線(xiàn)—

信號(hào)線(xiàn)外包裹了一層銅質(zhì)屏蔽層。

6614.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

屏蔽線(xiàn)的作用：可以有效地克服靜電感應(yīng)的干擾。使用方法：在數(shù)據(jù)采集設(shè)備處，屏蔽層要一端接地，另一端懸空。圖14-30

屏蔽線(xiàn)接地方法

6714.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

同軸電纜的使用同軸電纜的作用：可以降低外界磁場(chǎng)對(duì)傳輸信號(hào)的干擾。使用方法：將屏蔽層兩端接地。

6814.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

圖14-31

同軸電纜外部磁通為零

電流I由信號(hào)源通過(guò)電纜中心導(dǎo)體流入接收負(fù)載，再沿屏蔽層流回信號(hào)源。電纜中心導(dǎo)體內(nèi)的電流＋I(xiàn)和屏蔽層內(nèi)的電流－I產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，因此，它在電纜屏蔽層的外部產(chǎn)生的磁場(chǎng)為零。同樣，外界磁場(chǎng)對(duì)同軸電纜內(nèi)部的影響也為零。

6914.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

雙絞線(xiàn)的使用什么是〞雙絞線(xiàn)〞

？

雙絞線(xiàn)—

兩根塑料護(hù)套線(xiàn)扭絞在一起

。

7014.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

雙絞線(xiàn)的作用：可以消除電磁場(chǎng)的干擾。外界磁場(chǎng)干擾引起的感應(yīng)電流在相鄰絞線(xiàn)回路的同一根導(dǎo)線(xiàn)上方向相反，相互抵消，使干擾受到抑制。原因：圖14-33雙絞線(xiàn)中的電磁感應(yīng)

7114.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

結(jié)論：抑制靜電干擾應(yīng)該用屏蔽線(xiàn)；抑制電磁感應(yīng)干擾應(yīng)該用雙絞線(xiàn)。扁平帶狀電纜的使用扁平帶狀電纜的作用：傳輸并行信號(hào)

7214.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

當(dāng)單端傳送信號(hào)時(shí)，用信號(hào)線(xiàn)邊上的另一根導(dǎo)線(xiàn)作為接地線(xiàn)，以減少兩條信號(hào)線(xiàn)之間的電容和電感耦合。使用方法：圖14-35

扁平電纜接地法

7314.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

這種方法只適合于信號(hào)在10～20m以?xún)?nèi)的傳輸，再長(zhǎng)就不適用了，原因是地電位明顯地出現(xiàn)電位差而產(chǎn)生共模干擾。注意：

7414.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

5.

A／D轉(zhuǎn)換器的抗干擾A／D轉(zhuǎn)換器的抗干擾措施

抗串模干擾的措施在串模干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，可以用積分式或雙斜積分式A／D

轉(zhuǎn)換器。對(duì)于高頻干擾，可以采用低通濾波器加以濾除。對(duì)于低頻干擾，可采用同步采樣的方法加以消除。

7514.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

圖14-36同步采樣濾除干擾盡量把A／D轉(zhuǎn)換器直接附在傳感器上，這樣可以減小傳輸線(xiàn)引進(jìn)的干擾。

7614.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

當(dāng)傳感器和A／D轉(zhuǎn)換器相距較遠(yuǎn)時(shí)，用電流傳輸代替電壓傳輸。在接收端并接電阻，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。圖14-37

電流傳輸代替電壓傳輸

7714.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

抗共模干擾的措施采用三線(xiàn)采樣雙層屏蔽浮置技術(shù)

什么是〞三線(xiàn)采樣〞

？

三線(xiàn)采樣—

將信號(hào)線(xiàn)和地線(xiàn)一起采樣。

7814.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

三線(xiàn)采樣雙層屏蔽原理圖原理圖

7914.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

等效電路由共模電壓引起的共模電流有

Icm1、Icm2、Icm3

Icm1通過(guò)R5、C5入地，不引起串模干擾；

Icm2流經(jīng)的阻抗比Icm1大1倍，

Icm2在R2上的壓降導(dǎo)致串模干擾，但其數(shù)值很小；Icm3在R2上所產(chǎn)生的壓降可以忽略不計(jì)。

8014.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

實(shí)際應(yīng)用表明：抑制干擾效果是明顯的。使用時(shí)要注意：屏蔽層的接法。否則會(huì)引起干擾。采用隔離技術(shù)

一般傳感器與A／D連接中，均采用光電或電磁隔離技術(shù)。

8114.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

A／D轉(zhuǎn)換器位置的確定

方案

靠近計(jì)算機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：

便于并行傳送數(shù)據(jù)

缺點(diǎn)：靠近傳感器

優(yōu)點(diǎn)：

數(shù)字信號(hào)傳送，抗干擾能力強(qiáng)

缺點(diǎn)：模擬信號(hào)傳送距離長(zhǎng)，易受干擾串行傳送，速度慢

8214.3模擬信號(hào)輸入通道的抗干擾

圖14-41A／D靠近微型計(jì)算機(jī)放置圖14-42A／D靠近采集現(xiàn)場(chǎng)放置

8314.4接地問(wèn)題

8414.4接地問(wèn)題

接地問(wèn)題的重要性：

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的大部分干擾與接地有關(guān)。

如果把接地問(wèn)題處理好，就解決了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的大部分干擾問(wèn)題。

8514.4接地問(wèn)題

1.

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中地線(xiàn)的類(lèi)型類(lèi)型信號(hào)地模擬信號(hào)地—模擬電路的零電位基準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)地—數(shù)字電路的零電位基準(zhǔn)信號(hào)源地—傳感器的零電位基準(zhǔn)功率地屏蔽地交流地直流地—大電流部件的零電位基準(zhǔn)—機(jī)殼地—交流電源的地—直流電源的地

8614.4接地問(wèn)題

2.

接地問(wèn)題的處理

一點(diǎn)接地原則串聯(lián)一點(diǎn)接地圖14-52串聯(lián)一點(diǎn)接地

其中R1、R2、R3為各地線(xiàn)段的等效電阻。顯然A、B、C的電位不為零，即：

8714.4接地問(wèn)題

UA=（I1+I2+I3）R1

UB=（I2+I3）R2+UA

UC=UA+UB+I3R3

存在問(wèn)題：各接地點(diǎn)電位不同，將造成子系統(tǒng)之間的相互干擾。

由于這種接地方式布線(xiàn)比較簡(jiǎn)單，現(xiàn)在仍然使用，不過(guò)應(yīng)滿(mǎn)足下述條件。

8814.4接地問(wèn)題

條件①

各子系統(tǒng)的對(duì)地電位相差不大②

把低電位的子系統(tǒng)放在離接地點(diǎn)最近的地方

8914.4接地問(wèn)題

并聯(lián)一點(diǎn)接地圖14-53并聯(lián)一點(diǎn)接地各子系統(tǒng)的地電位僅與本子系統(tǒng)的地電流和地電阻有關(guān)

9014.4接地問(wèn)題

優(yōu)點(diǎn)：各子系統(tǒng)的地電流之間不會(huì)形成耦合，因此，沒(méi)有共接地線(xiàn)阻抗噪聲的影響。

注意：并聯(lián)一點(diǎn)接地僅適用于低頻電路，不能用于高頻電路。

9114.4接地問(wèn)題

原因①

許多長(zhǎng)又相互靠近的地線(xiàn)，對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)電感，使地線(xiàn)阻抗增加。②

造成各地線(xiàn)之間的磁場(chǎng)耦合，寄生電容造成地線(xiàn)之間電場(chǎng)耦合。結(jié)論：在高頻電路中，不能采用一點(diǎn)接地，應(yīng)該采用多點(diǎn)接地。

9214.4接地問(wèn)題

多點(diǎn)接地原則圖14-55多點(diǎn)接地

每個(gè)電路的接地線(xiàn)要盡可能越短越好，應(yīng)就近接地。

9314.4接地問(wèn)題

好處①

地線(xiàn)阻抗低，可防止信號(hào)高頻時(shí)地線(xiàn)向外輻射噪聲。②

地線(xiàn)阻抗低且相互遠(yuǎn)離，能減小噪聲的磁場(chǎng)和電場(chǎng)耦合。

9414.4接地問(wèn)題

不同性質(zhì)接地線(xiàn)的連接原則原則①

強(qiáng)信號(hào)地與弱信號(hào)地要分開(kāi)。②模擬地與數(shù)字地要分開(kāi)。③

高電平數(shù)字地與低電平信號(hào)地要分

開(kāi)。④各子系統(tǒng)的地只在電源處一點(diǎn)接地。

9514.4接地問(wèn)題

接地線(xiàn)盡量加粗的原則原因：地線(xiàn)越細(xì)，其阻抗越高，接地電位隨電流的變化就越大，致使系統(tǒng)的基準(zhǔn)電平信號(hào)不穩(wěn)定，導(dǎo)致抗干擾能力下降。結(jié)論：接地線(xiàn)應(yīng)盡量加粗，使它能通過(guò)三倍于印刷電路板上的允許電流。

9614.5數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

9714.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

1.

軟件干擾的產(chǎn)生與抑制

軟件對(duì)系統(tǒng)的干擾主要表現(xiàn)在以下方面：不正確的算法產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果這表現(xiàn)在邏輯判斷中10 IF3^3=27THENPRINT“YES”:ENDPRINT“NO”:END運(yùn)行程序卻顯示出“NO”。

9814.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

改寫(xiě)程序?yàn)?0IF3*3*3=27THENPRINT“YES”:END20PRINT“NO”:END再次運(yùn)行程序，將能正確地顯示出“YES”。產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因：①

計(jì)算機(jī)在計(jì)算指數(shù)時(shí)，計(jì)算結(jié)果常是近似實(shí)數(shù)值。

條件語(yǔ)句不能轉(zhuǎn)移到預(yù)定的分支，從而得到錯(cuò)誤的結(jié)果。

9914.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

改正方法①

用連乘

把指數(shù)和待比較數(shù)之差的絕對(duì)值與某個(gè)極小數(shù)比較。上面程序可以改寫(xiě)成IF（3^3-27）

0.0001THENPRINT“YES”:END類(lèi)似的問(wèn)題還有連乘除問(wèn)題。

注意：在連乘除中，不要把乘法集中運(yùn)算，極易出錯(cuò)，應(yīng)該把乘法相間進(jìn)行。

10014.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

由于精度不高而引起的噪聲【例14.1】求方程X2

+(α+β)X

+109

=0的根。其中α=109，β=1解：根據(jù)AX2+BX+C=0的求根公式有

編寫(xiě)程序并上機(jī)計(jì)算，求得兩根分別為

10114.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

但由因式分解可知應(yīng)該X1=109、X2=1。

產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果的原因：PC機(jī)只能將數(shù)字表示到小數(shù)后第八位，

在計(jì)算時(shí)不起作用。

10214.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

為什么在計(jì)算時(shí)不起作用？

10314.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

∵∴即B=α=109

，又進(jìn)而使得求得X1≈109，X2≈0

B=（α+β）=109+1

=1×109+0.000000001×109

=（1+0.000000001)×109

10414.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？

10514.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

分析原因：這是由于加減法運(yùn)算時(shí)要對(duì)階，大數(shù)“吃掉”了小數(shù)，α“吃掉”了

β，使β

=0。誤差積累，最后導(dǎo)致計(jì)算X2時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

10614.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

2.

軟件抗干擾措施

用軟件消除多路開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)任何一種開(kāi)關(guān)（機(jī)械或電子），在切換初始，由于機(jī)械性能或電氣性能的限制，都會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才能穩(wěn)定下來(lái)。背景情況：

多路開(kāi)關(guān)在切換模擬信號(hào)通道時(shí)，同樣存在這樣的問(wèn)題。

10714.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)的方法①用硬件電路

②用軟件延時(shí)

【例14.2】用A／D板采集3個(gè)模擬量：水泵轉(zhuǎn)速、流量、壓力。解：從系統(tǒng)抗干擾方面考慮，模擬信號(hào)采用雙端方式輸入A／D板。確定A／D接口卡的基地址為0100H。

10814.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

水泵轉(zhuǎn)速、流量和壓力三個(gè)模擬量對(duì)應(yīng)的TTL電平分別為：1.5454V、1.5698V、2.9394V。

采集系統(tǒng)從通道1、2、3分別對(duì)這三個(gè)模擬量連續(xù)采集10次，QuickBASIC程序如下：1 CLS2 N=103 DIM U1(N),U2(N),U3(N)

10914.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

4 FORI=1TON5 CH%=06 CALLCAIJI(CH%,U)7 U1(I)=U8 CH%=19 CALLCAIJI(CH%,U)10 U2(I)=U11 CH%=212 CALLCAIJI(CH%,U)13 U3(I)=U14 NEXTI

11014.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

15 PRINT"U1","U2","U3"16 FORI=1TON17 PRINTU1(I),U2(I),U3(I)18 NEXTI19 END20 SUBCAIJI(CH%,U)25 ADDER%=&H100 30 A=INP(ADDER%+3) 35 OUTADDER%,CH% 40 OUTADDER%+1,0 45 IFINP(ADDER%+2)>128THEN45

11114.6數(shù)據(jù)采集軟件的抗干擾

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